一种新型均匀面形沉积蒸镀装置和方法制造方法及图纸

一种新型均匀面形沉积蒸镀装置和方法，采用圆形盖板和矩形特定多个连通流道夹层盒以混合流道的方式，达到提升薄膜厚度均匀度之功效。设备设计简单，成本较低，由于铜、铟、镓元素蒸汽流经盖板及矩形特定多个连通流道夹层盒再单独与硒元素蒸汽流以线形方式蒸镀，能使材料黏滞性影响现象降低，藉此保持于蒸镀制程薄膜成品之均匀度。本发明专利技术的均匀面形沉积蒸镀装置应用于蒸镀CIGS电池的吸收层镀膜，由于制程速度快及薄膜成品之均匀度提高，将有利于转换效率的提高，并满足了规模化生产的需求。

A New Device and Method for Uniform Surface Deposition and Evaporation

A new kind of uniform surface deposition evaporation device and method is introduced. The circular cover plate and rectangular sandwich box with specific multiple connected channels are used to mix the channels in order to improve the uniformity of film thickness. Because copper, indium and gallium vapor flows through the cover plate and several rectangular connected channel sandwich boxes, and then evaporates separately with selenium vapor flow in a linear manner, the viscous effect of the material can be reduced, thus maintaining the uniformity of the finished film in the evaporation process. The uniform surface deposition evaporation device of the invention is applied to evaporate the absorption layer coating of CIGS battery. Because of the fast process speed and the improvement of the uniformity of the film product, the conversion efficiency will be improved, and the requirement of large-scale production will be met.

【技术实现步骤摘要】
一种新型均匀面形沉积蒸镀装置和方法
本专利技术涉及一种新型均匀面形沉积蒸镀装置和方法，应用于HJT异质结太阳能电池，CIGS薄膜太阳能电池及OLED有机电机发光二极管等领域。
技术介绍
目前各产业的能源需求居高不下，现行各项产业之能源需求，为避免出现能源供应短缺的问题，及确保永续经营之的理念，因此各产业渐趋向利用再生能源，如太阳能电池，即为目前热门之再生能源之一为当下热门研究领域。太阳能电池之种类除了硅基(Silicon)太阳能电池及砷化镓(GaAs)太阳能电池外，由I-III-VI2族元素组成的铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池系为另一种极具潜力之的太阳能电池，铜铟镓硒太阳能电池之的组成系于一基板上，依序形成复数层各具不同功效之的沉积薄膜，一般基板之的材质主要选用含钠碱玻璃(SLG)或不锈钢(SS)，并以基板为基准，由下而上依序为Mo背电极层(Backcontact)、CIGS吸收层(Absorber)、CdS缓冲层(Buffer)、i-ZnO/AZO光窗层(Window)及Ni/Al上电极层(Frontcontact)。其中，Mo背电极层及i-ZnO/AZO光窗层系透过磁控溅镀制程(Sputtering)形成，而CIGS吸收层则透过蒸镀制程(evaporation)形成，最后再透过电子束蒸镀法沉积Ni/Al上电极层以完成整个铜铟镓硒太阳能电池。CIGS吸收层一般采用全溅镀、溅镀后硒化或是蒸镀制程来制作。全溅镀制程要制作昂贵的靶材且镀率慢，成本居高不下；溅镀后硒化制程方式一样需要有高昂的靶材且后硒化过程不能硒化完全，效率也不高，且使用设备较多，因此成本也无法降低；采用之蒸镀制程，一般系将蒸镀材料置于容器内，并透过加热器针对该些容器进行加热，再使各材料以点状蒸镀方式于基板上形成CIGS薄膜。点状蒸镀于在小面积下尚可才能达到均匀蒸镀之功效，但所以针对对于连续且具大面积大之的基板，点状蒸镀方式则无法使形成之的CIGS薄膜呈现均匀之的厚度，蒸镀点一般系位于基板之的中心处，因此随着距离地增加，导致基板边缘处之的CIGS薄膜厚度远小于基板中心处之的厚度，造成被镀材上所产生的薄膜厚度及成分呈现不均匀性，因此将降低了电池转换效率；传统的点蒸发源有镀膜面积小、大面积均匀度过大、得料率低(<30％)及维护成本高等缺点，无法大规模量产使用，目前尚无有效的大面积蒸镀且成本较低的方式被提出。
技术实现思路
本专利技术是提供一种新型均匀面形沉积蒸镀装置和方法，具备在大面积镀膜的同时能保证膜层的均匀性，可以应用于HJT异质结太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池以及OLED有机电机发光二极管等组件的金属或氧化物的膜层镀膜的制造。本专利技术包括具有圆形限流孔的圆形盖板以及呈矩形状的特定多个连通流道夹层盒的混合流道，如图1，设备设计简单，成本较低，使用盖板及混合流道在蒸镀各种复合材料的制程，能提高各种材料的混和度及膜层的均匀性，有利于转换效率地提升。一种新型均匀面形沉积蒸镀装置，包括本体、矩形特定多个连通流道夹层盒、不止一个盖板、不止一个坩埚、不止一个加热器、热屏蔽装置、基板和试片；热屏蔽装置设置于本体内，热屏蔽装置内部形成一独立蒸汽流道；基板设置于本体的底部，基板之间形成的流道连通独立蒸汽流道；坩埚分为内坩埚与外坩埚，内坩埚设置于本体内且被热屏蔽装置包裹，外坩埚设置于本体外部，内坩埚顶部连接设有限流孔的盖板；盖板上部连接矩形特定多个连通流道夹层盒，矩形特定多个连通流道夹层盒的两端连通独立蒸汽流道；加热器分布在矩形特定多个流道夹层盒以及外坩埚的四周；试片设置于本体的顶部且位于矩形特定多个连通流道夹层盒的上方。进一步的，所述本体包括不止一层热屏蔽材料。进一步的，所述矩形特定多个连通流道夹层盒的材质为矩形片状体石墨。进一步的，所述盖板的材质为圆形片状体石墨，用来控制沉积材料蒸汽流量，盖板限流孔直径范围为0.5mm-20mm。进一步的，所述坩埚的材质为石墨外坩埚、热解氮化硼(PBN)内坩埚、不锈钢坩埚或石英坩埚；其中，热解氮化硼(PBN)内坩埚适用于容纳铜元素材料、铟元素材料或镓元素材料中的一种或两种及以上，不锈钢或石英坩埚适用于容纳硒元素材料。进一步的，所述加热器为可单独控制的加热器，可选自RF感应加热器、电阻加热器或红外线加热器；该加热器分布在矩形特定多个流道夹层盒以及所述多个外坩埚四周。进一步的，所述热屏蔽装置的材质为石墨或耐火材料。进一步的，所述基板的材质为无碱玻璃或不锈钢。一种新型均匀面形沉积蒸镀的方法，包括如下步骤：步骤1，将纯度大于等于99.99原子％的铜、铟、镓、硒元素材料放入不同坩埚中，其中铜和硒元素材料坩埚无需盖板，铟元素材料坩埚盖板限流孔的直径为1mm-5mm，镓元素材料坩埚盖板限流孔直径为5mm-20mm；步骤2，将沉积蒸镀装置本体放入蒸镀腔体中，以真空抽气系统将蒸镀腔体背景压力抽至5-6×10-6torr，加热矩形状的特定多个流道夹层盒加热至1300℃-1450℃，同时镓元素材料坩埚加热至1250℃-1400℃，铜元素材料坩埚加热至1250℃-1400℃，铟元素材料坩埚加热1200℃-1350℃，独立于本体外的硒元素材料坩埚外加热至200℃-400℃；步骤3，硒元素材料蒸汽流由本体底部通过基体从而进入本体内部，并经热屏蔽装置隔离出的独立流道与矩形特定多个流道夹层盒内的镓、铜、铟元素材料蒸汽流互相混合，形成均匀面形沉积蒸汽流，最终在试片上形成蒸镀均匀的1500-2500nm厚的CIGS吸收层。有益效果：与现有技术相比，本专利技术使用高稳定材质及热蒸发的方式，具有维护成本低、均匀度高，镀膜面积大、镀率高以及得料率高(>80％)的优点，由于材料利用率高且只使用原材料进行镀膜，不做成复杂的靶材，因此制程原料成本大幅降低，有利于相关膜层的规模化生产。附图说明图1：本装置结构的正视图；图2：本装置结构的左视图；图中：1-本体；2-矩形特定多个连通流道夹层盒；3-盖板；4-坩埚；5-加热器；6-热屏蔽装置；7-基体；8-试片。具体实施方式为进一步阐述本专利技术的构成、特征及目的，以下乃举本专利技术之若干较佳实施例，惟以下所述者，仅在于说明本专利技术之较佳实施例，并非用以限制本专利技术之范围，故凡有以本专利技术之精神为基础，而为本专利技术任何形式之修饰或变更，皆仍应属于本专利技术意图保护之范畴。一种新型均匀面形沉积蒸镀装置，包括：本体1、矩形特定多个连通流道夹层盒2、不止一个盖板3、不止一个坩埚4、不止一个加热器5、热屏蔽装置6、基板7和试片8；热屏蔽装置6设置于本体1内，热屏蔽装置6内部形成一独立蒸汽流道；基板7设置于本体1的底部，基板7之间形成的流道连通独立蒸汽流道；坩埚4坩埚分为内坩埚与外坩埚，内坩埚设置于本体1内且被热屏蔽装置6包裹，外坩埚设置于本体1外部，内坩埚顶部连接设有限流孔的盖板3；盖板3上连接矩形特定多个连通流道夹层盒2，矩形特定多个连通流道夹层盒2两端连通独立蒸汽流道；加热器5分布在矩形特定多个流道夹层盒2以及外坩埚的四周；试片8设置于本体1的顶部且位于矩形特定多个连通流道夹层盒2的上方。本体1，材质为不止一层热屏蔽材料，用来隔绝矩形特定多个特定连通流道的开口夹层盒以及不止一个坩埚的辐射热。矩形特定多个连通流道夹层盒2，材质为矩形片状体石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型均匀面形沉积蒸镀装置，包括本体、矩形特定多个连通流道夹层盒、不止一个盖板、不止一个坩埚、不止一个加热器、热屏蔽装置、基板和试片；热屏蔽装置设置于本体内，热屏蔽装置内部形成一独立蒸汽流道；基板设置于本体的底部，基板之间形成的流道连通独立蒸汽流道；坩埚分为内坩埚与外坩埚，内坩埚设置于本体内且被热屏蔽装置包裹，外坩埚设置于本体外部，内坩埚顶部连接设有限流孔的盖板；盖板上部连接矩形特定多个连通流道夹层盒，矩形特定多个连通流道夹层盒的两端连通独立蒸汽流道；加热器分布在矩形特定多个流道夹层盒以及外坩埚的四周；试片设置于本体的顶部且位于矩形特定多个连通流道夹层盒的上方。

【技术特征摘要】
1.一种新型均匀面形沉积蒸镀装置，包括本体、矩形特定多个连通流道夹层盒、不止一个盖板、不止一个坩埚、不止一个加热器、热屏蔽装置、基板和试片；热屏蔽装置设置于本体内，热屏蔽装置内部形成一独立蒸汽流道；基板设置于本体的底部，基板之间形成的流道连通独立蒸汽流道；坩埚分为内坩埚与外坩埚，内坩埚设置于本体内且被热屏蔽装置包裹，外坩埚设置于本体外部，内坩埚顶部连接设有限流孔的盖板；盖板上部连接矩形特定多个连通流道夹层盒，矩形特定多个连通流道夹层盒的两端连通独立蒸汽流道；加热器分布在矩形特定多个流道夹层盒以及外坩埚的四周；试片设置于本体的顶部且位于矩形特定多个连通流道夹层盒的上方。2.根据权利要求1所述的新型均匀面形沉积蒸镀装置，其特征在于：所述本体包括不止一层热屏蔽材料。3.根据权利要求1所述的新型均匀面形沉积蒸镀装置，其特征在于：所述矩形特定多个连通流道夹层盒的材质为矩形片状体石墨。4.根据权利要求1所述的新型均匀面形沉积蒸镀装置，其特征在于：所述盖板的材质为圆形片状体石墨，限流孔直径范围为0.5mm-20mm。5.根据权利要求1所述的新型均匀面形沉积蒸镀装置，其特征在于：所述坩埚的材质为石墨外坩埚、热解氮化硼(PBN)内坩埚、不锈钢坩埚或石英坩埚；其中，热解氮化硼(PBN)内坩埚适用于容纳铜元素材料、铟元素材料或镓元素材料中的一种或两种及以上，不锈钢或石英坩埚适用于容纳硒元素材料。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家和，黄信二，
申请(专利权)人：研创应用材料赣州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36